JP2015030332A - 板金製アクスルケース - Google Patents

Abstract

【課題】車幅方向に沿って板厚の最適化を図ることで、必要な強度を確保しつつ軽量化及び低コスト化を推進した板金製アクスルケースを提供する。【解決手段】プレス加工によって車幅方向に沿った溝型断面に成形された側板２を一対向き合わせて溶接して成り、上下方向に膨出された膨出部分３ａを有する中央部３と、矩形断面部分４ａを有する中間部４と、円形断面部分５ａを有する先端部５とを備え、中間部４に、車重Ｗが加わるサスペンション部品６が取り付けられ、先端部５に、路面反力Ｒが加わるスピンドル７が取り付けられ、先端部５の断面係数よりも中間部４の断面係数が大きく、中間部４の断面係数よりも中央部３の断面係数が大きい板金製アクスルケース１であって、先端部５の板厚よりも中間部４の板厚が薄く、中間部４の板厚よりも中央部３の板厚が薄いものである。【選択図】図２

Description

本発明は、車両のアクスルシャフトや差動ギヤ機構等を収容する板金製アクスルケースに係り、特に、車幅方向の板厚の最適化を図ることで必要な強度を確保しつつ軽量化及び低コスト化を推進した板金製アクスルケースに関する。

トラック、バス、ＲＶ車等の車両に用いられるアクスルケースとして、素材板をプレス加工によって車幅方向に沿った溝型断面に成形して側板とし、この側板を一対向き合わせて溶接してなる板金製アクスルケースが知られている（特許文献１参照）。

図１、図２（ａ）に示すように、板金製アクスルケース１は、一対の側板２を溶接して成り、差動ギヤ機構を収容するため上下方向に膨出された膨出部分３ａを有する中央部３と、中央部３の車幅方向両端部に繋げて形成され矩形断面部分４ａを有する中間部４と、中間部４の車幅方向両端部に繋げて形成され円形断面部分５ａを有する先端部５とを備えている。中間部４には、車重Ｗが加わるサスペンション部品（スプリングシート６等）が溶接され、先端部５には、路面からの反力Ｒが加わる車輪を支持するスピンドル７が溶接される。

板金製アクスルケース１の側板２は、強度上必要とされる板厚の鋼板が使用されている。従来、側板２の板厚は、先端部５とスピンドル７との溶接部の強度を満足する板厚、中間部４とサスペンション部品（スプリングシート６）との溶接部の強度を満足する板厚のうち、何れか厚い方の板厚が、板金製アクスルケース１の全体（先端部５、中間部４、中央部３）に亘って適用されていた。

特開平８−１８７５３５号公報

このため、板金製アクスルケース１の製品機能上、厚さが必要ない中央部３まで厚い板厚が与えられ、重量増加及び材料費増加を招いていた。すなわち、中央部３は、中間部４及び先端部５に対して上下方向に膨出された膨出部分３ａを有するため、中間部４及び先端部５よりも断面係数が大きく、中間部４及び先端部５よりも薄い板厚でも必要な強度（疲労及び降伏強度）が確保できるものの、過剰な板厚が与えられていた。

また、疲労及び降伏強度の観点から中間部４及び先端部５の板厚を考察すると、矩形断面部分４ａを有する中間部４の断面係数は、円形断面部分５ａを有する先端部５の断面係数よりも大きいため、中間部４の板厚は先端部５の板厚よりも薄い板厚で足りることになる。従って、中間部４の板厚と先端５部の板厚とが等しい状態は、最適な板厚分布とは言えない。

なお、上述した特許文献１には、板金製アクスルケース１の中央部３の板厚をその他の部分よりも薄くする点が開示されているが（文献１の段落００１０参照）、中間部４の板厚と先端部の板厚との大小関係については不明であり、車幅方向に沿った板厚分布が断面係数に応じて最適化されているとは言えず、改善の余地が残されている。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、車幅方向に沿った板厚を断面係数に応じて最適化することで、必要な強度を確保しつつ軽量化及び低コスト化を推進した板金製アクスルケースを提供することにある。

上記目的を達成すべく創案された本発明によれば、プレス加工によって車幅方向に沿った溝型断面に成形された側板を一対向き合わせて溶接して成り、差動ギヤ機構を収容するため上下方向に膨出された膨出部分を有する中央部と、中央部の車幅方向両端部に繋げて形成され矩形断面部分を有する中間部と、中間部の車幅方向両端部に繋げて形成され円形断面部分を有する先端部とを備え、中間部に、車重が加わるサスペンション部品が取り付けられ、先端部に、路面からの反力が加わるスピンドルが取り付けられ、先端部の断面係数よりも中間部の断面係数が大きく、中間部の断面係数よりも中央部の断面係数が大きい板金製アクスルケースであって、先端部の板厚よりも中間部の板厚が薄く、中間部の板厚よりも中央部の板厚が薄い、ことを特徴とする板金製アクスルケースが提供される。

中間部において、矩形断面部分から中央部の膨出部分に向かう部分の板厚がそれ以外の部分の板厚よりも厚くなっていてもよい。

中間部において、サスペンション部品が取り付けられる部分の板厚がそれ以外の部分の板厚よりも厚くなっていてもよい。

先端部に、ブレーキフランジが取り付けられ、先端部において、ブレーキフランジが取り付けられる部分の板厚がそれ以外の部分の板厚よりも厚くなっていてもよい。

側板は、車幅方向に板厚が異なった素材板を溝型断面にプレス加工したものであり、素材板は、一対の圧延ロールの間に板材を挟んで送り出す際、これらロール同士の軸間距離を変更することで送り出し方向に板厚を異ならせる差厚ロール加工によって成形されたものであってもよい。

本発明に係る板金製アクスルケースによれば、車幅方向に沿った中央部と中間部と先端部との断面係数の大小に応じて車幅方向に板厚の最適化を図ったので、必要な強度を確保しつつ軽量化及び低コスト化を図ることができる。

板金製アクスルケースの斜視図である。 （ａ）は板金製アクスルケースの正面図、（ｂ）は従来品の板厚分布（一定）と発明品の板厚分布（三段階）とを示す説明図、（ｃ）は従来品と発明品との曲げモーメント、断面係数、応力を表したダイアグラムである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。係る実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１実施形態）
図１、図２（ａ）に示すように、本実施形態に係る板金製アクスルケース１は、プレス加工によって車幅方向に沿った溝型断面に成形された側板２を、一対、向き合わせて溶接して構成されている。この板金製アクスルケース１は、差動ギヤ機構を収容するため上下方向に膨出された膨出部分３ａを有する中央部３と、中央部３の車幅方向両端部に繋げて形成され矩形断面部分４ａを有する中間部４と、中間部４の車幅方向両端部に繋げて形成され円形断面部分５ａを有する先端部５とを備えている。中間部４には、車重Ｗが加わるサスペンション部品（例えばスプリングシート６）が溶接等で取り付けられ、先端部５には、路面からの反力Ｒが加わるスピンドル７が溶接等で取り付けられる。また、先端部５には、ブレーキ部品を支持するブレーキフランジ８が溶接等で取り付けられる。

図２（ｂ）に示すように、従来品の板金製アクスルケース１の板厚は、車幅方向に沿って、先端部５、中間部４、中央部３が全て一定となっている。これに対して、発明品（本発明の一実施形態）の板金製アクスルケース１の板厚は、車幅方向に沿って、先端部５の板厚よりも中間部４の板厚が薄く、中間部４の板厚よりも中央部３の板厚が薄くなっている。具体的には、従来品の板厚は、先端部５、中間部４、中央部３にて全て１２．５ｍｍで一定であるのに対し、発明品の板厚は、先端部５で１２．５ｍｍ、中間部４で１１ｍｍ、中央部３で９ｍｍとなっている。なお、これらの数値は例示であり、本発明を限定するものではない。

このように車幅方向の板厚が先端部５、中間部４、中央部３にて異なっている発明品の板金製アクスルケース１は、車幅方向に板厚が異なった溝型断面の側板２を一対向き合わせて溶接して製造される。側板は、車幅方向に板厚が異なった素材板をプレス加工して成形される。素材板は、一定厚さの板材を加熱して一対の圧延ロールの間に挟んで送り出す際、これらロール同士の軸間距離を変更することで送り出し方向に板厚を異ならせる差厚ロール加工によって成形される。かかる差厚ロール加工によれば、厚さ一定の板材から送り出し方向（車幅方向）に板厚が異なった素材板を得ることができ、且つ、全体を圧延することによる加工硬化によって素材強度が向上する。

図２（ａ）の板金製アクスルケース１において、中間部４にスプリングシート６を取り付け、先端部５にスピンドル７を取り付けた状態とし、スプリングシート６に車重Ｗが加わり、スピンドル７に路面からの反力Ｒが加わると、図２（ｃ）上段に示すように、曲げモーメント（Ｍ）が発生する。すなわち、図２（ｃ）上段は、上述した車重Ｗと路面反力Ｒに対するベンディングモーメントダイアグラム（ＢＭＤ）を示す。曲げモーメントは、左右の路面反力Ｒを受ける点から車重Ｗを受ける点まで増大し、車重Ｗを受ける点同士の間で一定となる。

図２（ｃ）中段は、板金製アクスルケース１の断面係数（Ｚ）を示す。断面係数は、発明品及び従来品とも、先端部５の断面係数よりも中間部４の断面係数が大きく、中間部４の断面係数よりも中央部３の断面係数が大きい。発明品及び従来品とも、基本的な外形が、車幅方向外方から内方に向かって円形断面から矩形断面となり、且つ、先端部５の上下方向寸法よりも中間部４の上下方向寸法が大きく、中間部４の上下方向寸法よりも中央部３の上下方向寸法が大きい形状となっているからである。

特徴としては、中央部３においては、発明品の板厚が従来品の板厚よりも薄いため、発明品の断面係数が従来品の断面係数よりも小さくなっている点が挙げられる。同様に、中間部４においても、発明品の板厚が従来品の板厚よりも薄いため、図では厳密に表示し難いが、発明品の断面係数が従来品の断面係数よりも小さくなっている。先端部５においては、発明品の板厚と従来品の板厚とが等しいため、図では厳密に表示し難いが、発明品の断面係数と従来品の断面係数とは等しい。

図２（ｃ）下段は、上述した車重Ｗ及び路面反力Ｒが加わる板金製アクスルケース１に生じる応力（σ）を示す。応力（σ）は曲げモーメント（Ｍ）を断面係数（Ｚ）で除することで算出される。中央部３においては、発明品及び従来品とも曲げモーメント（Ｍ）が一定であり、断面係数（Ｚ）が従来品よりも発明品が小さいので、応力（σ）は発明品が従来品よりも大きくなる。但し、許容応力を越えることはなく、必要な強度（疲労及び降伏強度）は保たれる。すなわち、従来品は、中央部３の板厚が過剰で、重量増加、材料費増加を招いていたが、発明品であれば、必要な強度を保持しつつ、それらを解消できる。中間部４の応力（σ）についても同様である。

（作用・効果）
以上説明したように、本実施形態に係る板金製アクスルケース１によれば、車幅方向に沿った中央部３と中間部４と先端部５との断面係数の大小に応じて車幅方向の板厚の最適化を図ったので、必要な強度を確保しつつ軽量化及び低コスト化を図ることができる。すなわち、先端部５の断面係数よりも中間部４の断面係数が大きく、中間部４の断面係数よりも中央部３の断面係数が大きいので、これに応じて、先端部５の板厚よりも中間部４の板厚を薄く、中間部４の板厚よりも中央部３の板厚を薄くすることで、車重Ｗ及び路面反力Ｒに対して必要な強度を確保しつつ、軽量化及び低コスト化を図れる。

このように、本実施形態に係る板金製アクスルケース１によれば、側板２の車幅方向に沿った各部位に対し、その部位の断面係数に応じた最適な板厚分布としているので、実際上問題となる疲労強度低下、剛性低下を招くことなく、製品（板金製アクスルケース１）の重量を抑え、且つ材料費を削減し、安価に製品を製造できる。具体的には、許容軸重８、５００ｋｇクラスの板金製アクスルケース１に本発明を適用した場合、製品重量で９．４％減（６６．９ｋｇから６０．６ｋｇ）、材料費で１２％減という大きな効果を得ることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る板金製アクスルケース１を図２（ｂ）を用いて説明する。第２実施形態に係る板金製アクスルケース１は、基本的な構成が第１実施形態に係る板金製アクスルケース１と同様であり、中間部４において、矩形断面部分４ａから中央部３の膨出部分３ａに向かう部分Ｘの板厚がそれ以外の部分の板厚よりも厚くなっているものである。

この部分Ｘは、図２（ｃ）に示すように、曲げモーメント（Ｍ）が一定で断面係数（Ｚ）が大きく立ち上がる部分であるので、応力（σ）が急激に変化して応力集中を招き易い部分である。従って、中間部４における上記部分Ｘの板厚を厚くすることで、それ以外の部分の中間部４の板厚を従来品よりも薄くしたとしても、必要な強度（疲労及び降伏強度）を確保できる。具体的には、中間部４の板厚を１１ｍｍとすると、上記部分Ｘの板厚は１２ｍｍ程度となる。

なお、中間部４における上記部分Ｘの上下方向の矩形断面寸法を拡大し、断面係数（Ｚ）を大きくすることによっても、応力（σ）を下げることができるので、応力集中を抑えられるが、中間部４の上方には車体フレームに取り付けられる様々な部品が存在するので、それら部品が邪魔になって中間部４における上記部分Ｘの上下方向の寸法を拡大できないケースが多く、その様な場合に上記部分Ｘの板厚を部分的に厚くする対策は有効である。第２実施形態の基本的な作用効果は、第１実施形態と同様である。

また、中間部４において、サスペンション部品（スプリングシート６等）が溶接により取り付けられる部分Ｙの板厚がそれ以外の部分の板厚よりも厚くなっていてもよい。これにより、中間部４の板厚が従来品よりも薄くなっていても、必要な溶接強度を容易に確保できる。また、先端部５において、ブレーキフランジ８が溶接により取り付けられる部分Ｚの板厚がそれ以外の部分の板厚よりも厚くなっていてもよい。これにより、必要な溶接強度を容易に確保できる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。例えば、上側の側板と下側の側板とを同一形状とし、金型を共用して低コスト化を図ってもよい。

本発明は、プレス加工によって車幅方向に沿った溝型断面に成形された側板を、一対、向き合わせて溶接して成る板金製アクスルケースに利用できる。

１ 板金製アクスルケース
２ 側板
３ 中央部
３ａ 膨出部分
４ 中間部
４ａ 矩形断面部分
５ 先端部
５ａ 円形断面部分
６ サスペンション部品（スプリングシート）
７ スピンドル
８ ブレーキフランジ
Ｍ 曲げモーメント
Ｚ 断面係数
σ 応力
Ｗ 車重
Ｒ 路面反力
Ｘ 中間部において矩形断面部分から中央部の膨出部分に向かう部分
Ｙ 中間部においてサスペンション部品が取り付けられる部分
Ｚ 先端部においてブレーキフランジが取り付けられる部分

上記目的を達成すべく創案された本発明によれば、プレス加工によって車幅方向に沿った溝型断面に成形された側板を一対向き合わせて溶接して成り、差動ギヤ機構を収容するため上下方向に膨出された膨出部分を有する中央部と、中央部の車幅方向両端部に繋げて形成され矩形断面部分を有する中間部と、中間部の車幅方向両端部に繋げて形成され円形断面部分を有する先端部とを備え、中間部に、車重が加わるサスペンション部品が取り付けられ、先端部に、路面からの反力が加わるスピンドルが取り付けられ、外形が、車幅方向外方の先端部から車幅方向内方の中央部に向かって円形断面から矩形断面となり、中間部にて上下方向寸法が一定の矩形断面部分を有し、且つ、中間部の上下方向寸法よりも中央部の上下方向寸法が大きい板金製アクスルケースであって、先端部の板厚よりも中間部の板厚が薄く、中間部の板厚よりも中央部の板厚が薄く、中間部において、上下方向寸法が一定の矩形断面部分から中央部の膨出部分に向けて上下方向寸法が立ち上がる部分の板厚が、周辺部分の板厚よりも厚い、ことを特徴とする板金製アクスルケースが提供される。

Claims (5)

1. プレス加工によって車幅方向に沿った溝型断面に成形された側板を一対向き合わせて溶接して成り、
   差動ギヤ機構を収容するため上下方向に膨出された膨出部分を有する中央部と、該中央部の車幅方向両端部に繋げて形成され矩形断面部分を有する中間部と、該中間部の車幅方向両端部に繋げて形成され円形断面部分を有する先端部とを備え、
   前記中間部に、車重が加わるサスペンション部品が取り付けられ、前記先端部に、路面からの反力が加わるスピンドルが取り付けられ、
   前記先端部の断面係数よりも前記中間部の断面係数が大きく、前記中間部の断面係数よりも前記中央部の断面係数が大きい板金製アクスルケースであって、
   前記先端部の板厚よりも前記中間部の板厚が薄く、前記中間部の板厚よりも前記中央部の板厚が薄い、ことを特徴とする板金製アクスルケース。
2. 前記中間部において、前記矩形断面部分から前記中央部の膨出部分に向かう部分の板厚がそれ以外の部分の板厚よりも厚い、ことを特徴とする板金製アクスルケース。
3. 前記中間部において、前記サスペンション部品が取り付けられる部分の板厚がそれ以外の部分の板厚よりも厚い、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の板金製アクスルケース。
4. 前記先端部に、ブレーキフランジが取り付けられ、
   前記先端部において、前記ブレーキフランジが取り付けられる部分の板厚がそれ以外の部分の板厚よりも厚い、ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の板金製アクスルケース。
5. 前記側板は、車幅方向に板厚が異なった素材板を溝型断面にプレス加工したものであり、
   該素材板は、一対の圧延ロールの間に板材を挟んで送り出す際、これらロール同士の軸間距離を変更することで送り出し方向に板厚を異ならせる差厚ロール加工によって成形されたものである、ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の板金製アクスルケース。

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